第三章 模擬信號的調制傳輸

第三章模擬調制系統(tǒng)1、了解調制的功能和調制的分類2、掌握模擬調制的概念和模擬調制信號的表達式3、掌握模擬線性調制AM、DSB的時域波形、頻域特性，帶寬，功率分配4、掌握NBFM、WBFM的頻譜分布、帶寬、功率分配5、了解模擬調制與解調6、掌握模擬調制中幾種調制方式的抗噪性能比較課程目標2.1調制的功能及分類一、調制的功能1、信道傳輸頻率特性的需要2、把基帶信號調制到較高的頻率使天線容易輻射3、便于頻率分配4、有利于實現信道多路復用，提高系統(tǒng)的傳輸有效性5、可減少噪聲和干擾的影響，提高系統(tǒng)的傳輸可靠性二、調制的分類1、根據調制信號的分類模擬調制數字調制2、根據載波分類連續(xù)波調制：高頻載波是正弦波脈沖波調制：載波是脈沖序列4、根據調制前后信號的頻譜結構關系分類線性調制

非線性調制3、根據調制器的功能分類幅度調制頻率調制相位調制載波：幅度角頻率初相位調制信號f(t)調制后：瞬時幅度載波的相位偏移A(t)隨f(t)作線性變換，稱線性調制或幅度調制；(t)或(t)的導數隨f(t)作線性變換，稱非線性調制或角度調制；2.2線性調制系統(tǒng)3.2.1常規(guī)雙邊帶調制系統(tǒng)－AM用信號f(t)疊加一個直流分量后去控制載波的幅度，稱為調幅（AM）AM的時域表示：一個例子

設：調幅指數：則時域可表示為：正弦波AM調制時域波形圖過調幅滿調幅正常調幅周期方波AM調制波形F()10BSAM()1/20A0A0-cc2B4、功率分配調制效率載波功率邊帶功率3、帶寬BAM=2BAM調制原理框圖AM解調原理框圖包絡檢波相干檢波4、應用調幅廣播（AM）——常規(guī)調幅方式，收音機波段：中波535KHz~1605KHz,自由空間，地區(qū)性廣播

短波3.9MHz~18MHz，電離層反射，距離數千公里二、抑制載波雙邊帶調幅（DSB-SC）1、時域表達式及頻譜圖f(t)t調制信號時域波形圖s(t)t輸出信號時域波形圖時域波形圖

1F()B01/2－

0SDSB()2B頻譜圖c(t)t載波信號時域波形圖3、平均功率及效率2、帶寬BDSB=2Bf(t)t01t01c(t)sDSB（t)t01C()F()00SDSB()0100π－100π400π－400π300π500π－500π－300π1/21三、單邊帶調制（SSB）頻譜圖SUSB()

C-

C

C-

CHLSB()

C-

CB1/2

C-

CSLSB()B1/2HUSB()

C-

CSDSB()2B1/2上邊帶調制下邊帶調制四、殘留邊帶調制（VSB）頻譜圖

C-

CSDSB()2B1/2HVSB()SVSB()

C-

CB1/2

C-

CB1/2HVSB()SVSB()殘留上邊帶殘留下邊帶2、信噪比（SNR:singalnoiseratio）p36信號功率噪聲功率3、信噪比增益（G:Gain） ——衡量系統(tǒng)抗噪聲性能的重要參數表征信號通過系統(tǒng)傳輸后信噪比的改善情況，G越大抗噪聲性能越好信噪比增益n0/2高斯白噪聲雙邊功率譜密度Pn()噪聲功率譜密度窄帶高斯白噪聲（AM、DSB）n0/2

0-

0Pn()2BB窄帶高斯白噪聲（USB）n0/2

0-

0Pn()B窄帶高斯白噪聲（LSB）n0/2

0-

0Pn()注意；我們遇到的絕大多數噪聲都是高斯白噪聲。我們在分析問題時都將噪聲作為高斯白噪聲處理??！n0高斯白噪聲單邊功率譜密度Pn()

1w|F(w)|2B調制信號功率譜圖功率譜圖信號功率譜圖注意這里哦！表示的是功率譜密度面積表示功率功率譜圖

01/4－

0|SDSB()|22B

01/4－

0|Sam()|22B

01/4－

0|SLSB()|2B

01/4－

0|SUSB()|2B調制后信號功率譜疊加噪聲的調制信號（輸入信號）功率譜圖

1|F()|2Bn0/2功率譜圖輸入信噪比＝功率譜圖疊加噪聲的輸出信號功率譜

01/4－

0|SDSB()|22B

01/4－

0|SAM()|22B

01/4－

0|SLSB()|2B

01/4－

0|SUSB()|2B信噪比＝4、結論：①SDB解調器的信噪比改善了一倍，原因是相干解調把噪聲中的正交分量抑制掉了，從而使噪聲功率減半的緣故②SSB中信號和噪聲有相同的表示形式，所以在相干解調過程中，信號和噪聲的正交分量均被抑制調，故信噪比沒有改善，即G=1③AM在大信噪比時G<1總結調制方式帶寬SNRiSNRoG典型解調方式DSB2B2相干解調SSBB1相干解調VSB略大于BAM2B包絡檢波B：基帶信號帶寬f(t)為單頻正弦信號時<＝2/3練習題1.已知：調制信號f(t)=cos

0t；載波信號c(t)=cos4

0t;請畫出調制信號、載波信號及AM、DSB、HSB、LSB調制時的頻譜圖(AM時直流電平為A0)作業(yè)1、Page67,第1、4題2.3非線性調制系統(tǒng)瞬時相角瞬時幅度一、調頻信號與調相信號常量相移常數1、相位調制（PM:PhaseModulation）2、頻率調制(FM:FrequencyModulation)頻偏常數（表征調頻器的靈敏度）載波頻率(常數)AMFM各種調制時的時域波形圖時域波形圖f(t)f(t)f(t)結論：1、FM信號是一個等幅波，它的幅度與調制信號無關；2、FM信號的頻率與調制信號電壓有比例關系二、頻率調制FM1、窄帶調頻和寬帶調頻的定義(P28)由調頻所引起的最大瞬時相位偏移遠小于30o時，就稱為窄帶調頻（NBFM:narrowbandfrequencymodulation）(p28,2-30式)不滿足窄帶條件的調頻稱為寬帶調頻（WBFM:WideBandfrequencymodulation）(2-30)2、窄帶調頻的帶寬（P29）

m0F()－

m

c0

c－

m

c+

m-

c-

c－

m--

c+

mSNBFM()

c0

c－

m

c+

m-

c-

c－

m--

c+

mSAM()3、寬帶調頻的帶寬(P61)

c+

m

c

c－

m

FM=0.5

c+3

m

c

c－3

m

FM=2

c

c+10

m

c-10

mFM=9卡森公式（3-3-14）窄帶調頻寬帶調頻4、調頻信號的功率(P61)已調信號的總功率＝未調載波的功率＝A2/2總功率與調制過程及調頻指數無關（二）、調頻信號的解調－非相干解調調頻信號有相干解調和非相干解調兩種方式相干解調——窄帶調頻信號非相干解調——窄帶和寬帶調頻信號fc斜率為Kd輸入頻率輸出電壓限幅器及帶通微分器包絡檢波低通濾波器sd(t)鑒頻器鑒頻器特性及組成帶通濾波器低通濾波器sFM(t)n(t)si(t)ni(t)so(t)no(t)高斯白噪聲限幅鑒頻解調器寬帶調頻系統(tǒng)抗噪聲性能分析模型模擬調制性能比較調制方式帶寬G典型應用DSB2B2較少應用SSBB1短波無線電廣播話音頻分多路VSB略大于B商用電視廣播AM2B中短波無線電廣播FM2(1+FM)fm超短波電臺(窄帶FM)調頻立體聲廣播（寬帶FM）B：基帶信號帶寬作業(yè)總結模擬調制的知識，用圖表形式畫出。內容包括5、調頻信號的應用1、調頻廣播（WBFM）2、超短波電臺（NBFM）練習題1.已知：調制信號f(t)=cos

0t；載波信號c(t)=cos4

0t;請畫出調制信號、載波信號及AM、DSB、HSB、LSB調制時的頻譜圖(AM時直流電平為A0)

0-

0F(

)w0-w0F(w)4w0-4w0w

0-

0SDSB(

)4

0-4

0w5

03

0-3

0-5

0ww0-w0SAM(w)4w0-4w0w5W03W0-3W0-5W0練習題ww0-w0SUSB(w)4w0-4w0w5W0-5W0ww0-w0SLSB(w)4w0-4w0w3W0-3W01、在通信系統(tǒng)中，模擬線性調制是指

。（A）調幅（B）調頻（C）調相（D）調角2.下列有關通信系統(tǒng)中的調制、解調說法哪種是正確的。（A）調制、解調都在發(fā)射端B）調制、解調都在接收端（C）調制在發(fā)射端，解調在接收端（D）調制在接收端，解調在發(fā)射端3.在模擬無線通信的系統(tǒng)中，下列哪種說法是正確的。。（A）基帶信號一定是正弦波。（B）基帶信號一定是方波。（C）載波信號主要是正弦波。（D）載波信號一定是方波。2.4模擬調制系統(tǒng)的抗噪聲性能一、線性調制系統(tǒng)的調制與解調f(t)sAM(t)cosctA0常規(guī)調幅調制模型f(t)sDSB(t)cosct雙邊帶調幅調制模型F()10SDSB()1/2c－c雙邊帶調制F’()1/2c－c2c－2c低通濾波器雙邊帶信號的解調sDSB(t)cosctsd(t)相干解調F()10常規(guī)調幅調制常規(guī)調幅信號的解調SAM()1/2c－cA0A0t012sAM（t）3t012sd（t）3sAM（t）sd（t）非相干解調包絡檢波講解內容1、相干解調的分析模型？2、抗噪聲性能通過什么質量指標描述？其意義是什么？3、AM、DSB、SSB抗噪聲性能的比較？（用指標G、帶寬、解調方式說明）4、不同調制方式之間如何比較其抗噪聲性能？我們的問題？單邊帶調制的實現采用濾波法二、線性調制相干解調的抗噪聲性能線性調制相干解調的抗噪聲性能分析模型帶通濾波器低通濾波器s(t)n(t)si(t)ni(t)so(t)no(t)cd(t)=cosct高斯白噪聲窄帶高斯白噪聲1、抗噪聲性能分析模型（p34）我們的目標；在給定s(t)及n

(t)的情況下，1、確定各種解調器的輸入及輸出信噪比；2、對各種調制系統(tǒng)的抗噪聲性能作出評價2、信噪比（SNR:singalnoiseratio）p36信號功率噪聲功率3、信噪比增益（G:Gain） ——衡量系統(tǒng)抗噪聲性能的重要參數表征信號通過系統(tǒng)傳輸后信噪比的改善情況，G越大抗噪聲性能越好回顧：能量譜密度和功率譜密度功率譜密度(周期性信號)：能量譜密度（非周期性信號）：總結調制方